1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

丁二烯作为一种重要的石油化工基础有机原料和合成橡胶单体,在石油化工烯烃原料中的地位仅次于乙烯和丙烯。目前,全世界丁二烯生产能力的 92%采用裂解C4混合物抽提工艺, 其余采用正丁烷、正丁烯或乙醇脱氢工艺^[16]。在丁二烯生产工艺过程中，精馏塔是其主要设备，其目的是将混合物中的各组分分离，达到规定的纯度。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的，因此精馏装置操作的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益^[16]。我国目前主要是装置规模偏小国内现状

现阶段运作现状可以总结为以下几点：

（1） 现场仪表如流量计、压力计、ph值分析仪等测量仪器精度低，数据不能实时传送，更不具备自诊断和自检测等功能，所用还是人工抄表的方式；

（2） 现场的传感器、变送器和执行机构如温度传感器、压力变送器难以精确控制，尤其调节阀，需要工作人员用经验来调节，这在一定程度上导致误差的产生。

（3） 生产指标难以具体量化，不利于产品质量分析和优化。

（4） 缺少先进控制技术，必然导致产品性能改善的延缓，造成药厂竞争力不足。

国外现状

目前，国外石油化工企业基本实现生产车间自动化，相关数据可以实时采集，暂时不具备自诊断和自检测技术。

过程控制系统展望

(1)对精馏塔进行自动化控制并努力扩大生产规模是现阶段国内石油化工发展主流。

(2)不同设备、不同工段自控系统间的衔接问题将会得到更多的重视 ,并逐步实施。

(3)降低能耗的重要途径,有条件的厂家会努力去实施。

（4）全厂生产、管理、销售系统的有机结合 ,实施 CIMS系统是此行业的努力方向。

精馏塔故障诊断的需求

精馏塔的故障诊断成为化工生产的重要环节，对于影响精馏塔生产操作和产品质量因素很多，关系特别复杂，这就影响了石油化工企业的安全生产。精馏塔的控制过程的主要需求：

⑴ 保证产品质量。以塔顶产品的纯度作为质量参数进行控制,构建质量控制系统。

⑵ 保证平稳生产。首先要使精馏塔的进料参数保持稳定;其次为了维持塔的物料平衡,要控制塔顶和塔底产品采出量,使其和等于进料量;再次塔内的储液量应保持在限定的范围内;最后要控制塔内压力稳定。

⑶ 满足约束条件。系统必须满足一些参数的极限值所限定的约束条件,如塔内气体流速的上下限、塔内压力极限值等。

⑷ 节能要求及经济性。主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却能量消耗。影响产品质量指标和平稳生产的主要干扰因素有：①进料流量 (F) 的波动；②进料成分( ZF)的变化③进料温度( TF) 和进料热焓值( QF) 的变化；④再沸器加热剂输入热量的变化；⑤冷却剂在冷凝器内吸收热量的变化；⑥环境温度的变化^[16]。

图1丁二烯精馏断DA106精馏塔流程简图

PLC、DCS两种控制的差异：

可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Control-ler) 结合了传统的继电器技术跟微型计算机技术，它具有数字化的操作系统并且高度贴合工业环境。

PLC 的工作原理：当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

PLC有如下几类控制： 1.开关量逻辑控制开关量的逻辑控制 它具有超前的抗干扰能力以及极高的可靠性。2.过程控制是主要针对的是模拟量，即对模拟量的工作过程进行控制3.顺序控制传统的顺序控制需要设置继电器触电来进行控制。4.远程控制的控制方式主要是通过 PLC 与智能终端、 PLC控制网、计算机、太网之间的互联来实现远程控制。5.信息控制可以实现数据处理的功能。

PLC的优点显而易见，在复杂情况下，具有很强的可靠性、信息读取的实时性，但是PLC自身所带的AI、AO点相对较少，需要进行大量的拓展模块，这样无形之中大大的增加了成本。所以，PLC更适合控制点数较少的控制。

DCS自动控制系统其属于分散式自动控制系统，以网络技术为基础，将计算机技术与网络技术进行充分融合，其中主要包括通讯技术、图形显示基础以及计算机运算技术等^[20]。DCS 技术具有较强的控制功能，拥有诸多功能模块，具有良好的功能扩展性，升级维护更加方便，可靠性和安全性较高，在我国多个领域实现了广泛的应用。

DCS 自动控制系统的功能主要包括以下方面：①实时性，其可以通过控制站为生产提供即时服务，第一时间采集生产信息和参数，便于操作者及时掌握生产具体情况，进而做好相应的调整和应对；②调整参数，该系统可以高效以及迅速的调整生产中的各项参数，并且通过指令，保证压力、温度等重要参数处于最佳状态下，为安全生产提供支撑，降低生产中的原料和能源消耗；帮助企业控制成产成本；③报警功能，该系统可以对开关量以及设备的运行情况进行监控，如果生产出现异常情况，其通过自动报警系统进行预警提示，操作人员可以立即掌握报警的时间和地点，进而对故障进行排除，防止事故持续蔓延，降低企业的经济损失；④监督功能，其可以将生产参数与既定参数进行比较，对当前的生产状态进行分析。

否

目前DCS系统智能化程度较低，在实际使用中，存在一定的问题，需通过合理的、科学的方式解决问题。实际应用中，外部环境对DCS控制影响较大，需要通过有效手段解决干扰。

图2 DCS工作流程图

拟采用控制器

综合考虑，该课题需要控制七个模拟量即七个模拟输入和七个模拟输出。在实验

室情况下，若使用PLC则需要多个拓展模块，相关程序编程冗杂。所以，采用DCS自

动控制系统可以控制更多的模拟量，易编程，没有复杂的结构，过程控制更简洁。

Profibus现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，主要包括最高波特率可达12M的高速总线。

参考文献：

[1] 孙艳秋.PLC控制系统编程技巧及其应用[J]. 科技信息. 2009(36)

[2] 崔成梅,陈金艳,马永青.工业过程控制的模块化设计方法[J]. 黑龙江科技信息. 2008(17)

[3] 汤煊琳.钢铁厂除尘系统的PLC控制系统设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(31)

[4] 张建平,田祖织.铝箔退火炉温度控制系统设计[J]. 中国西部科技. 2009(18)

[5] 张建文.PLC控制的教学机械手[J]. 华东地质学院学报. 2001(03)

[6] 廖建华.提高单片机PLC控制系统可靠性的措施[J]. 中国西部科技. 2006(36)

[7] 李志峰,卜庆华,裴智,郝俊青.用PLC开发洗煤控制系统的几点心得[J]. 科技情报开发与经济. 2007(08)

[8] 马晓虹.Step7中PID模块采样时间的正确使用[J]. 科技广场. 2009(05)

[9] 金楚荣.论PLC实践应用与中职教学的有效结合[J]. 科协论坛(下半月). 2011(05)

[10] 张建文,付志坚.校园电铃自动控制装置[J]. 科技广场. 2007(07)

[11] 冯汛，倪红军，石健，汪兴兴. PLC的应用发展与前景[J].机床与液压2007(02)

[12] 师玲萍. 基于自动化生产过程中 PLC 控制系统的设计[J].电子设计工程2016（10）

[13] 汤庭祥. PLC 在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].通讯世界2017（12）

[14] 程超.啤酒发酵 PLC 控制系统设计[J]. 中小企业管理与科技2012（03）

[15] 张桂玉. 加气混凝土制浆站控制系统设计.工业控制计算机2009,22（7）

[16]查焱. 基于独立成份分析与支持向量机集成故障诊断方法的研究[D].苏州大学,2009.

[17]张湜,薄翠梅,林锦国,戴庆成.丁二烯精馏塔的推断控制方案与软测量模型[J].自动化仪表,2002(09):61-63.

[18]张湜. 工业丁二烯精馏塔先进控制系统的研究与应用[A]. 中国自动化学会控制理论专业委员会.第二十三届中国控制会议论文集（下册）[C].中国自动化学会控制理论专业委员会:,2004:5.

[19]魏肖玲.丁二烯萃取精馏塔的优化[J].石化技术与应用,2005(01)

[20]潘长明.化工生产中DCS自动控制的应用[J].住宅与房地产,2017(29):221.

[21]郝书茂.浅析化工生产中DCS自动控制的应用[J].企业技术开发,2014,33(03):82-83.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

问题:根据指定设计题目的工艺流程，通过调查及搜集有关技术资料，进一步明确系统监控要求，对被控对象特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量，正确选择控制方案，独立完成指定设计题目的初步设计，并提出规定的设计文件。

拟采用的研究手段：通过调查及搜集有关技术资料，得到系统的监控要求，对被控对象进行监测。使用西门子plc-200进行控制。使用plc的cpu模块，对模拟数据进行pid运算，更好的控制相关变量。使用力控组态软件，对工程进行实时监控。力求达到实时多任务、高可靠性、标准化、经济效益性的目标。